Radiatia x

Radiatia X

Radiatiile X descoperite de Röntgen in 1895 sunt radiatii electromagnetice de mare energie, ale caror lungimi de unda sunt cuprinse intre Å si 10 Å. Ele sunt produse prin bombardarea unei tinte metalice de catre electroni de mare energie.

Un dispozitiv pentru obtinerea radiatiilor X (fig. 3.8) este format dintr-un tub de sticla vidat in care termoelectronii emisi de catodul K bombardeaza anodul A. Tuburile de puteri mari au un invelis metalic cu ferestre special amenajate, care pot fi strabatute de radiatiile X emise.

Fig. 3.8

Radiatia X poate fi pusa in evidenta cu ajutorul unor ecrane fluorescente (platinocianura de bariu, wolframatul de calciu), al unor placi fotografice sau cu un detector bazat pe ionizarea unui gaz.

Spectrele de radiatii X sunt de doua feluri: spectre continue si spectre discrete.

Spectrul de raze X emis de anodul bombardat cu electroni rapizi este o suprapunere a unui spectru continuu cu un spectru discret. Radiatiile X cu spectru continuu sunt emise de electronii care sufera o franare din partea nucleelor de sarcina Z e din tinta. De aceea aceste radiatii se numesc radiatii de franare.

Fotonul de radiatie X cu energia cea mai mare (lungimea de unda minima) corespunde cazului cand electronul pierde toata energia sa in cursul unei singure interactiuni:

S-a neglijat energia cinetica a electronilor la catod, astfel ca atunci cand electronii

lovesc tinta au o energie cinetica eU, U fiind diferenta de potential aplicata electrozilor, iar e sarcina electronului. Exista astfel o frecventa maxima (lungime de unda minima) care limiteaza spectrul continuu al radiatiilor X. Aceasta lungime de unda minima depinde numai de tensiunea de accelerare si nu este dependenta de natura atomului tinta.

Spre lungimi de unda mici intensitatea radiatiei X are o scadere brusca, in timp ce pentru lungimi de unda mari scaderea intensitatii este asimptotica. La cresterea tensiunii de accelerare spectrul continuu de raze X se deplaseaza in regiunea lungimilor de unda scurte, iar intensitatea radiatiei emise creste.

Spectrele discrete de raze X, numite si spectre caracteristice de linii, se datoreaza unui alt tip de interactiune intre electronul accelerat si atomul tintei, prin care unul din electronii cu numar cuantic principal mic aflat pe o patura electronica interioara este expulzat (smuls) din atom, atomul ramanand intr-o stare ionizata, excitata. La revenirea atomului in starea initiala (prin ocuparea nivelului energetic liber de catre un electron din paturile electronice exterioare) se emite un foton X caracteristic atomului tinta. Astfel daca din atomii tintei sunt scosi electronii cei mai legati de nucleele atomilor din tinta, care apartin paturii K (n = 1), atunci electronii apartinand nivelelor superioare de energie (n = 2, 3, 4, ) vor lua locul acestora, emitand o serie de linii notate cu K_, K_, K_,, numita serie K (fig. 3.9). Prin tranzitia unui electron din patura L pe K apare pe L un loc liber care va fi ocupat prin trecerea unui electron de pe paturile M sau N, emitandu-se radiatiile X din seria L (L_, L_, ).

Fig. 3.9

Aparitia seriei L si a seriilor urmatoare nu este conditionata de aparitia seriei K. Liniile caracteristice K_, K_, K_apar suprapuse peste spectrul continuu si se manifesta la o anumita tensiune de accelerare critica, specifica metalului din care este facut anodul. Cresterea in continuare a tensiunii de accelerare duce la o crestere a intensitatii spectrului cracteristic, fara a modifica pozitia maximelor.

Datorita sarcinii mari a nucleului, electronii cei mai apropiati de nucleu sunt legati aproape exclusiv de nucleu si de aceea se misca asemenea electronului din atomul de hidrogen. Din acest motiv spectrele de radiatii X nu depind de natura combinatiei chimice in care intra atomul tintei. Aplicand modelul lui Bohr pentru tranzitia K_ avem:

(3.32)

unde Z* Z − 1, deoarece electronul de pe patura L este ecranat fata de nucleu de electronul ramas pe patura K. Amintim ca patura K completa contine 2 electroni, iar faptul ca se reprezinta mai multe tranzitii pe nivelul K se datoreaza existentei mai multor atomi in materialul tintei, fiecare atom putand fi excitat si dezexcitat in mod diferit. Relatia de mai sus poate fi pusa sub forma formulei lui Moseley:

sau                          (3.33)

unde Z₀ este constanta de ecranare (in cazul discutat mai sus Z₀=1).

Liniile spectrale ale radiatiilor X au o structura fina analoaga cu spectrele elementelor alcaline. Radiatiile X se folosesc la controlul nedistructiv al defectelor de fabricatie dinpiesele turnate, sudate, forjate, in studiul defectelor la anvelope cu cord metalic, in radiografie, la terapia cu raze X, la studiul cristalelor pe baza fenomenului de difractie etc.